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E+H 壓力變送器工作原理
閱讀:1246 發(fā)布時(shí)間:2018-8-24提 供 商 | 上海維特銳實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司 | 資料大小 | 17.5KB |
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E+H 壓力變送器工作原理
壓力變送器是工業(yè)實(shí)踐中為常用的一種傳感器,其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境,,涉及水利水電,、鐵路交通、智能建筑,、生產(chǎn)自控,、航空航天、軍工,、石化,、油井、電力,、船舶,、機(jī)床、管道等眾多行業(yè),,下面就簡(jiǎn)單介紹一些常用壓力變送器的原理及其應(yīng)用
1,、應(yīng)變片壓力變送器原理與應(yīng)用力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多,如電阻應(yīng)變片壓力變送器,、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力變送器,、壓阻式壓力變送器、電感式壓力變送器,、電容式壓力變送器,、諧振式壓力變送器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用為廣泛的是壓阻式壓力變送器,,它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線(xiàn)性特性,。下面我們主要介紹這類(lèi)傳感器。在了解壓阻式壓力變送器時(shí),,我們首先認(rèn)識(shí)一下電阻應(yīng)變片這種元件,。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變變送器的主要組成部分之一,。電阻應(yīng)變片應(yīng)用多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種,。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種,。通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上,當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí),,電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變,,使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變,從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化,。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小,,一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋,并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大,,再傳輸給處理電路(通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU)顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu),。
金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象,俗稱(chēng)為電阻應(yīng)變效應(yīng),。金屬導(dǎo)體的電阻值可用下式表示:式中:ρ——金屬導(dǎo)體的電阻率(?·cm2/m)S——導(dǎo)體的截面積(cm2)L——導(dǎo)體的長(zhǎng)度(m)我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例,,當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí),其長(zhǎng)度和截面積都會(huì)發(fā)生變化,,從上式中可很容易看出,,其電阻值即會(huì)發(fā)生改變,假如金屬絲受外力作用而伸長(zhǎng)時(shí),,其長(zhǎng)度增加,而截面積減少,,電阻值便會(huì)增大,。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí),長(zhǎng)度減小而截面增加,,電阻值則會(huì)減小,。只要測(cè)出加在電阻的變化(通常是測(cè)量電阻兩端的電壓),即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情
2,、陶瓷壓力變送器原理及應(yīng)用抗腐蝕的壓力變送器沒(méi)有液體的傳遞,,壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片產(chǎn)生微小的形變,,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,,連接成一個(gè)惠斯通電橋(閉橋),由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng),,使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線(xiàn)性,、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào),標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0/3.0/3.3mV/V等,,可以和應(yīng)變式傳感器相兼容,。通過(guò)激光標(biāo)定,傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性,,傳感器自帶溫度補(bǔ)償0~70℃,,并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸,。陶瓷是一種*的高彈性、抗腐蝕,、抗磨損,、抗沖擊和振動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40~135℃,,而且具有測(cè)量的高精度,、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV,,輸出信號(hào)強(qiáng),,長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。高特性,,低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力變送器的發(fā)展方向,,在歐美國(guó)家有全面替代其它類(lèi)型傳感器的趨勢(shì),在中國(guó)也越來(lái)越多的用戶(hù)使用陶瓷傳感器替代擴(kuò)散硅壓力變送器,。
3,、擴(kuò)散硅壓力變送器原理及應(yīng)用工作原理被測(cè)介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷),使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移,,使傳感器的電阻值發(fā)生變化,,和用電子線(xiàn)路檢測(cè)這一變化,并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào),。
4,、藍(lán)寶石壓力變送器原理與應(yīng)用利用應(yīng)變電阻式工作原理,采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件,,具有的計(jì)量特性,。藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成,不會(huì)發(fā)生滯后,、疲勞和蠕變現(xiàn)象,;藍(lán)寶石比硅要堅(jiān)固,硬度更高,,不怕形變,;藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性(1000OC以?xún)?nèi)),因此,,利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件,,對(duì)溫度變化不敏感,即使在高溫條件下,,也有著很好的工作特性,;藍(lán)寶石的抗輻射特性*;另外,,硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件,,無(wú)p-n漂移,,因此,從根本上簡(jiǎn)化了制造工藝,,提高了重復(fù)性,,確保了高成品率。用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器,,可在惡劣的工作條件下正常工作,,并且可靠性高、精度好,、溫度誤差極小,、性?xún)r(jià)比高。表壓壓力傳感器和壓力變送器由雙膜片構(gòu)成:鈦合金測(cè)量膜片和鈦合金接收膜片,。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片,,被焊接在鈦合金測(cè)量膜片上。被測(cè)壓力傳送到接收膜片上(接收膜片與測(cè)量膜片之間用拉桿堅(jiān)固的連接在一起),。在壓力的作用下,,鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變,該形變被硅-藍(lán)寶石敏感元件感知后,,其電橋輸出會(huì)發(fā)生變化,,變化的幅度與被測(cè)壓力成正比。傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電,,并將應(yīng)變電橋的失衡信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號(hào)輸出(0-5,,4-20mA或0-5V)。在絕壓壓力傳感器和壓力變送器中,,藍(lán)寶石薄片,與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起,,起到了彈性元件的作用,,將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變,從而達(dá)到壓力測(cè)量的目的,。
5,、壓電壓力傳感器原理與應(yīng)用壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺,。其中石英(二氧化硅)是一種天然晶體,,壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的,在一定的溫度范圍之內(nèi),,壓電性質(zhì)一直存在,,但溫度超過(guò)這個(gè)范圍之后,壓電性質(zhì)*消失(這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”),。由于隨著應(yīng)力的變化電場(chǎng)變化微?。ㄒ簿驼f(shuō)壓電系數(shù)比較低),,所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù),,但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用,。磷酸二氫胺屬于人造晶體,能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度,,所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用?,F(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上,比如現(xiàn)在的壓電陶瓷,,包括鈦酸鋇壓電陶瓷,、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷,、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等,。壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理,壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量,,因?yàn)榻?jīng)過(guò)外力作用后的電荷,,只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的,,所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力,。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中,。
壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì),。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小,、重量輕,、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī),、汽車(chē),、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,,特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位,。壓電式傳感器也可以用來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測(cè)量與真空度的測(cè)量。也可以用于軍事工業(yè),,例如用它來(lái)測(cè)量在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力,。它既可以用來(lái)測(cè)量大的壓力,也可以用來(lái)測(cè)量微小的壓力,。壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中,,比如說(shuō)心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的,因?yàn)闇y(cè)量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍,,所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛,。